ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ
(филиал)
(НТИ МГУДиТ(филиал)
Кафедра физики
«УТВЕРЖДАЮ»
Зав. кафедрой физики
__________________
«____» _______2008 г.
Лаборатория электричества и магнетизма
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 62
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
для всех специальностей
Новосибирск 2008 г.
2
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Цель работы: получить графическую картину исследуемого электрического поля,
изобразить линии равного потенциала на чертеже. Изучить теоретический материал по
контрольным вопросам по теме: «Напряженность. Потенциал. Теорема Остроградского –
Гаусса».
I.
Теоретическое введение.
Вокруг заряда или заряженного тела возникает электрическое поле. Пространство,
окружающее электрический заряд, является областью проявления электрических сил.
Количественными характеристиками электрического поля служат физические величины:
вектор напряженности Е и потенциал
 . Графически электрическое поле представляется с
помощью силовых линий.
Исследование электрического поля заключается в нахождении величины и
направления напряженности в любой его точке, т. е. задача сводится к построению силовых
линий такого поля.
Геометрическое место точек электрического поля, потенциалы которых одинаковы,
называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала.
Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям, поэтому
достаточно найти положение этих поверхностей, а затем можно построить и силовые линии.
Так как найти распределение потенциалов в данном поле легче, чем определить
направление силовых линий, то обычно определяют положение и форму эквипотенциальных
поверхностей.
Для изучения распределения потенциалов в электростатическом поле применяют
зонд, представляющий собой электрод, который вводят в исследуемую точку поля. Но
изучение электростатического поля при помощи зонда трудно осуществимо, так как в
непроводящей среде не может происходить автоматическое выравнивание потенциала точки
поля и введенного в нее зонда. Поэтому
изучение электростатического поля заменяют
изучением поля постоянного электрического тока. И при этом токоизмерительная
аппаратура более удобна
в работе и мало реагирует на посторонние воздействия по
сравнению с электростатической аппаратурой.
II.
Описание метода измерения.
Прямоугольный лист из электропроводной бумаги включается в мостовую схему
(рис. 1.).
3
Рис. 1.
Где Ш1 и Ш2 – плотно прижимающие металлические электроды, Г- гальванометр,
R0, R – резисторы, V- вольтметр.
Одна из клемм гальванометра Г соединяется с резистором R0, а другая с
измерительным зондом З или щупом. Если щуп касается электропроводной бумаги, то
гальванометр оказывается включенным в мостовую схему.
Процесс изучения исследуемого поля сводится к нахождению потенциала в любой
интересующей нас точке поля. Вращением ручки резистора R0 можно придавать различные
значения потенциалу в точке С относительно электродов. В какой-нибудь
точке поля
устанавливается зонд З. Если зонд находится в такой точке поля, потенциал которой равен
потенциалу в точке С, то тока не будет в цепи зонда и гальванометра. Геометрическое место
точек поля, для которых в цепи зонда ток будет равен нулю, образует одну из
эквипотенциальных поверхностей.
Для измерения потенциала этой эквипотенциальной поверхности служит вольтметр,
включенный между точкой С и одним из электронов.
При практическом выполнении очевидно, что отыскание зондом эквипотенциальных
поверхностей не должно проводиться бессистемно. Необходимо для каждого набора
электродов руководствоваться разумными соображениями о возможной в общих чертах
конфигурации поля.
III.
1.
Порядок выполнения работы.
В собранную схему (рис. 1.) подключить вольтметр, гальванометр, электропроводную
бумагу. Ручки резисторов R0 и R поставить в крайнее левое положение.
2.
На миллиметровой бумаге построить координатную сетку, соответствующую сетке на
электропроводной бумаге.
3.
Установить с помощью резистора R величину напряжения на вольтметре 0,1 В, 0,2 В,
и т. д. по указанию преподавателя.
4
4.
Поместить зонд вблизи одного из электродов. Вращать ручку резистора R0, добиться
нулевого положения стрелки гальванометра. Отметить в координатной сетке
положение зонда. По вольтметру измерить потенциал.
5.
Перемещать зонд так, чтобы стрелка гальванометра по прежнему показывала нуль,
найти и фиксировать на листе бумаги точки. Так найти 8-10 точек. Принадлежащих
исследуемой эквипотенциальной поверхности.
6.
Соединить плавной кривой найденные точки и получить эквипотенциальные
поверхности.
7.
Меняя
напряжение
на
вольтметре
найти
несколько
эквипотенциальных
поверхностей.
8.
Установит на электропроводной бумаге металлическое кольцо. Выполнить операции,
указанные в пунктах 3, 4, 5, 6, 7.
9.
Оформить отчет, содержащий изображение эквипотенциаль-ных поверхностей и
силовых линий. Ответить на контрольные вопросы.
IV.
1.
Контрольные вопросы.
Какая физическая величина называется напряженностью электрического поля,
потенциалом? Физический символ, единица измерения.
2.
Как связаны между собой потенциал и напряженность?
3.
Рассказать о графическом представлении электрических полей с помощью силовых
линий.
4.
Какие поверхности называются эквипотенциальными?
5.
Проводники в электрическом поле. Почему заряды в заряженном проводнике
располагаются только на поверхности его?
6.
Сформулируйте теорему Остроградского – Гаусса.
V.
Литература.
1. Савельев И.В., т. 2 «Курс общей физики».
2. Калашников С.Г. «Электричество».
3. Яворский Б.М., т. 2 «Курс общей физики».
4. Зисман Г.А., Тодес О.М., т. 2, «Курс общей физики».